·科研与开发·
2010年增刊(2)
安徽化工
客车车身静态与模态分析研究
王涛，王海朔，朱清君
（合肥工业大学机械与汽车工程学院.安徽合肥230009）
19
摘要：根据UG图简化模型，在ANSYS中通过板架单元建立客车骨架的有限元模型。对模型正确施加边界条件，进行扭转、紧急制动和扭转加转弯典型工况下的静力学计算，车身骨架的刚度和强度能满足使用要求。为验证有限元模型的正确性，针对客车骨架进行电测试验。在动力学理论的基础上，为了避免共振，对客车骨架进行模态分析，提取车身骨架前20阶固有频率和振型，为后续分析奠定基础。关键词：客车骨架；刚度；强度；模态分析
中图分类号：TH114：U469.1
文献标识码：A
文章编号：1008553X(2010)S2001904
作为客车主要承载结构的车身，骨架受力复杂，几
平承受着客车的所有动静态载荷，其骨架结构的好坏及载荷分配是否合理是汽车设计成功与否的关键之一，它们的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能。车辆设计中，在满足客车运营对车身骨架的刚度、强度及工艺改造等因素要求的同时，应当尽可能减轻它们的质量，以降低制造成本。因而车身结构设计对于整车的性能起着举足轻重的作用。
随着有限元技术的成熟和高速计算机的出现，各种有限元软件的求解功能也非常强大，汽车部件和整车设计变得越来越方便。自前，有限元用于汽车行业已经成为一种趋势。为了研制和生产结构合理、性能优越、质量可靠、安全舒适的客车，有限元技术对客车骨架的静、动态分析研究起到关键的作用。客车骨架的静、动态分析的主要目的是获得整车的应力和变形状况，以检验车身结构的合理性。
1车身结构的有限元建模 1.1模型简化
客车有限元模型的建立首先是对车身骨架结构的离散化。离散化的原则是反映工程结构的主要力学特性，同时又要保证解题规模。客车车身是一个极为复杂的空间机构，因此，在建模时采取以下措施：(1)略去非承载构件，如风窗玻璃的鼻梁、前保险杠和装饰件等，这些构件的变形和内力分布影响很小，因此，在建模时可以忽略；(2)对构件的截面形状作适当简化，如乘客门的立柱要考患乘客门的安装等；（3)对于空间叠交的两焊接梁，若中心线之间的距离a较大，平移其中一梁中心线将引起不可忽略的误差，则可于模型中加一个长度为a的梁来连接两梁；(4)对于两同向焊接梁.因其焊接强度近似于材
料内部强度，故可将其视为一根梁来简化：(5)取约束，载荷作用点处为梁单元节点：（6)简化曲梁为直梁，如项盖横梁、前后围处的梁，以简化建模：(7)主从节点原则：出于对结构模型病态间题的心，对于位置较近的构件结合点则采用适当合并考虑或主从节点的方式处理，避免实际计算中可能导致的方程病态：（8)建模中，没有考虑蒙皮的影响，应力和有蒙皮时有偏差。经验和理论分析表明，这样简化模型计算应力比考虑蒙皮时的应力要大，因
此这样简化模型是比较安全合理的！。 1.2异型梁的应用
在ANSYS中，梁的截面属性生成有两种方法：一种是规则的常见横截面，如矩形面、环形面、工字形等，只需要指定相关几何参数，软件可自动生成；一种是不规则截面，可通过建立相应的截面几何和有限元网格后，生成特殊的ASCII文件，在进行网格划分时，读取相关信息，生成特定的截面。图1所示为有限元模型中采用的部分不规则的梁截面及其几何特性参数，有如下优点：在满足强度要求的同时，实现等强度设计，有利于减轻车身骨架的质量。模型中部分异形梁如图1。
图1模型中部分异形梁
1.3车身有限元计算时载荷的处理
根据载荷在结构上的分布情况，分为集中载荷和均布载荷(2)：（1)集中载荷：发动机、油箱、转向系统、轮胎等
作者简介：主涛（1985），男，安徽巢潮人，硕士研究生，15156075956，wangtao8511528@126.com